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《浙江大学》 2011年
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基于H.264的视频快速压缩技术研究

韩从道  
【摘要】:随着信息化技术的更新换代,视频压缩和传输已经成为现代多媒体通信领域的一项重要课题。H.264视频编码技术作为一种高效的视频压缩方案,在数码产品领域扮演着重要的角色。但是,存在实现过程复杂、编码速度缓慢等问题。本文针对H.264编解码器中的耗时模块进行研究,主要研究目的是提高编解码的执行速度,降低算法实现的复杂度。论文的研究工作主要包括如下五个部分。 变换和量化是将空间域残差信号变成频域信号的重要步骤,全零块检测是减少变换和量化运算次数的有效手段。为了提高全零块检测的效率,同时,避免误判给编码重建帧带来的影响。本文针对整数变换系数的基底矩阵进行分析,发现处于基底矩阵同一分区内的各元素是相等或互为相反数的。利用这样的分布性质,对处于同一分区的元素进行集中处理,推导出比SAD方法更宽松的全零块判别条件。可以检测出更高比例的全零块。 在编码过程中,运动估计占编码总时间的比例超过60%。为了减少块匹配过程中搜索的点数,降低运动估计的计算负荷,本文提出了一种自适应的快速搜索算法。根据起始搜索点处的平均绝对残差MAD值确定当前块的运动强度。对于强度较小的块,选用小钻石作为搜索模式,否则,选用六边形作为搜索模式。对于长距离搜索,为了提高块匹配的精度,在执行最后一次六边形搜索后,根据六边形中次优点的位置,选择六边形内部的三个新点进行搜索。本文的方法比常用的快速搜索算法如EPMVFAST具有更高的搜索效率,同时,编码重建帧的质量一般只下降0.02至0.04dB。 在帧内预测方面,通常根据邻近块的像素沿多个不同的方向对当前块进行预测,选择与当前块预测误差最小的方向。为了减少帧内模式搜索的数量,本文提出了一种边缘方向分类和边缘矢量投影相结合的快速模式选择算法。对于亮度4x4块,通过统计各像素点在多个帧内预测方向上的累计边缘强度,确定出候选的预测模式,选择具有最小率失真代价的模式作为最佳的模式。对于亮度16x16块,直接利用4x4块的预测结果,避免了对边缘矢量的重复统计。将各4x4块的模式按单位强度投影到Intra16x16中相关的模式方向上,统计出各个方向上的累计强度并排序。在Intra4x4预测中,该方法最少只搜索一种模式,最多搜索三种模式。 为了提高帧间模式选择的效率,减少不必要的模式搜索过程。本文提出了基于图像纹理分析和亮度均值分类相结合的快速模式选择算法。对当前宏块,首先根据该宏块与前一帧中对应位置宏块之间的平均亮度绝对差,确定搜索的模式范围。然后,通过计算块内的平均纹理强度,检查亮度16x16块的均质性。如果该块是均质的,则只搜索Inter16x16、Inter16x8或Inter8x16等模式。否则,根据各8x8块的亮度均值判断各块之间的同质性,从而确定候选的模式。在Inter8x8模式下,需对各8x8块进行类似的同质性检查,以决定是否用更小的分块方式进行预测。本文的方法可准确地判断宏块的最佳分块方式,同时,模式选择的次数得到有效降低。 在CAVLC解码方面,为了解决coeff_token在解码过程中的多次匹配问题,本文提出了一种基于码字前缀特征的快速分组算法。将变长码表中的码字按首个1之前0的个数进行分组。解码时,按最大码长读取一段比特流,根据首个1之前0的个数确定出在哪个分组中查找。通过建立码字前缀中连续0的数量与需匹配的信息位个数之间的映射关系,解决信息位多次尝试匹配问题。同时,为了实现分组内码字的快速匹配,将同一分组内的码字统一补齐为该组中最大信息位长度,并且,按信息位升序的方式排序。解码时,由码流读出的信息位所对应的十进制数可立即确定出匹配的码字在分组中的位置。本文的方法在分组内部只需进行一次匹配,极大地提高了码字的解码效率。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

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【参考文献】
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